DE3221701A1

DE3221701A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR STARTING AND OPERATING FLUORESCENT LAMPS

Info

Publication number: DE3221701A1
Application number: DE19823221701
Authority: DE
Inventors: Edward Eugene Mayfield Village Ohio Hammer; Eugene Cleveland Heights Ohio Lemmers; Dail Leonard Danville Ill. Swanson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Valmont Industries Inc
Priority date: 1981-06-10
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1982-12-30
Also published as: GB2102640B; CA1189133A; JPS5814494A; FR2507852B1; DE3221701C2; FR2507852A1; GB2102640A; US4399391A

Description

Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben von LeuchtstofflampenCircuit arrangement for starting and operating fluorescent lamps

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungsanordnungen zum Starten und Betreiben von Leuchtstofflampen aus einer niederfrequenten Wechselstromquelle.The invention relates to circuit arrangements for starting and operating fluorescent lamps from a low frequency AC power source.

Es sind verschiedene Schaltungsanordnungen bekannt zum Starten und Betreiben von Leuchtstofflampen und zum Heizen oder Vorheizen ihrer Kathoden. Die US-PS 4 185 323 beschreibt eine Schaltungsanordnung_/ in der die Kathoden von Leuchtstofflampen durch einen Transformator erhitzt werden, und die US-PS 4 207 497 beschreibt eine Hochfrequenz-Lampenbetriebsschaltung, in der die Kathoden durch einen Transformator erhitzt werden, dessen Primärwicklung in Reihe mit einem Kondensator an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, wobei die Primärwicklung und/oder Vorschaltdrossel zusammen mit dem Kondensator an oder nahe der Frequenz der Wechselspannungsquelle in Resonanz sind; der Transformator ist so geschaltet, daß er konstante Kathodenspannungen während des hochfrequenten Lampenbetriebes und des Dimmens liefert. Die US-Patentschriften 3 612 021 und 4 207 497 beschreiben ebenfalls ^v-' Hochfrequenzschaltungen zum Starten und Betreiben von Leuchtstofflampen und verwenden eine Resonanzschaltung, die auf eine einzige individuelle Harmonische der hochfrequenten (2OkHz) Betriebsstromquelle abgestimmt ist, um das Starten der Lampen zu unterstützen. Various circuit arrangements are known for starting and operating fluorescent lamps and for heating or preheating their cathodes. US Pat. No. 4,185,323 describes a circuit _arrangement in which the cathodes of fluorescent lamps are heated by a transformer and US Pat. No. 4,207,497 describes a high frequency lamp operating circuit in which the cathodes are heated by a transformer whose primary winding is in A series with a capacitor is connected to an AC voltage source, the primary winding and / or series choke being in resonance together with the capacitor at or near the frequency of the AC voltage source; the transformer is connected in such a way that it supplies constant cathode voltages during high-frequency lamp operation and dimming. The US patents 3,612,021 and 4,207,497 also describe ^v - 'high-frequency circuits for starting and operating fluorescent lamps and use a resonant circuit to a single individual harmonics of high frequency (2OkHz) operating power source is adapted to support the starting of the lamps .

Es sind auch andere Leuchtstofflampenschaltungen bekannt, die die Kathodenheizleistung während des Betriebs der Lampen abschalten. Beispielsweise beschreiben die US-Patentschriften 2 33Ο 312, 4 009 412 und 4 146 820 Schaltungsanordnungen mit magnetisch betätigten Schaltern, die öffnen, um die Kathodenheizschaltung abzutrennen, wenn die Lampen in Betrieb sind. Die US-Patentschriften 2 354 421, 2 462 335 und 4 097 779 schreiben thermostatische Trennschalter für die Kathodenheizung; die US-Patent-Other fluorescent lamp circuits are also known which switch off the cathode heating power while the lamps are in operation. For example, US Patents 2,333,312, 4 009 412 and 4 146 820 circuit arrangements with magnetically operated switches that open to the cathode heating circuit disconnect when the lamps are in operation. U.S. Patents 2,354,421, 2,462,335, and 4,097,779 describe thermostatic Disconnectors for cathode heating; the US patent

-Zuschrift 4 O10 399 beschreibt Festkörper- bzw. Halbleiterschalter für den gleichen Zweck.-Label 4 O10 399 describes solid-state or semiconductor switches for the same purpose.

Es ist Aufgabe der Erfindung, verbesserte und billige Schaltungsanordnungen zum Starten und Betreiben von Leuchtstofflampen aus einer niederfrequenten (beispielsweise 60 Hz)/zu schaffen und hierbei elektrische Energie zu sparen. /SpannungsquelleIt is the object of the invention to provide improved and inexpensive circuit arrangements for starting and operating fluorescent lamps to create a low frequency (for example 60 Hz) / and thereby save electrical energy. / Voltage source

Erfindungsgemäß werden, kurz gesagt, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Schaltungsanordnungen geschaffen zum Starten und Betreiben von Leuchtstofflampen aus einer niederfrequenten Wechselstromquelle. Die Schaltungsanordnung umfaßt eine reaktive bzw. mit einem Blindwiderstand behaftete Vorschalteinrichtung für die Lampen, die eine nicht-lineare Charakteristik aufweisen zur Erzeugung mehrerer Harmonischer der Frequenz der Spannungsquelle, und einen Kondensator und einen Kathodenheiztransformator, die in Reihe und so geschaltet sind, daß sie Leistung von der Vorschalteinrichtung empfangen und in einem Frequenzbereich in Resonanz sind, der mehrere der Harmonischen umfaßt. Diese Resonanzspannung wird an die Lampen angelegt, um das Starten ihrer Entladung zu unterstützen und anschließend die Lampen bei der Frequenz der Wechselspannungsquelle zu betreiben. Somit werden die Lampen mit der Unterstützung einer mit einem Spitzenwert versehenen höheren Spannungswelle (Verzögerungsschaltung) oder einer mit Harmonischen angereicherten nicht-linearen Welle (Voreilungsschaltung) gestartet als diese normalerweise in ihrer Betriebsfrequenz vorhanden ist. Dieser resonante Frequenzbereich ist vorzugsweise genügend breit, um mehrere Harmonische der Betriebsspannungsquelle zu umfassen, beispielsweise die dritten bis neunten Harmonischen (180 bis 540 Hz für eine Netzfrequenz von beispielsweise 60 Hz) .Vorzugsweise ist ein Schalter mit dem Kondensator und dem Kathodenheiztransformator in Reihe geschaltet, um den Kathodenheizkreis zu öffnen, wenn die Lampen in Betrieb sind. Dieser Schalter kann eine in zwei Richtungen leitende Diode, wie beispielsweise ein SIDAC, eine Triac-Diac-Kombination oder ein äquivalenter spannungsabhängiger Halbleiterschalter sein, der während jeder Halbwelle der Lampenstart-Zeitperiode Öffnet und schließt und somit zum Gehalt an Harmonischen der Startspannungs-According to the invention, in short, according to a preferred embodiment Circuit arrangements created for starting and operating fluorescent lamps from a low frequency AC power source. The circuit arrangement comprises a reactive ballast or a ballast with a reactance for the lamps, which have a non-linear characteristic to generate several harmonics of the frequency of the voltage source, and a capacitor and a cathode heating transformer, which are connected in series and so that they receive power from the ballast and in a frequency range in Are resonance that includes several of the harmonics. This resonance voltage is applied to the lamps in order to start their Support discharge and then operate the lamps at the frequency of the AC voltage source. Thus become the lamps with the assistance of a peaked higher voltage wave (delay circuit) or a non-linear wave enriched with harmonics (lead circuit) started when this is normally available in its operating frequency. This resonant frequency range is preferably wide enough to include several harmonics of the operating voltage source, for example the third to ninth harmonic (180 to 540 Hz for a line frequency of 60 Hz, for example). A switch with the capacitor is preferred and the cathode heating transformer connected in series to open the cathode heating circuit when the lamps are in operation. This switch can be a bi-directional diode, such as a SIDAC, a triac-diac combination or a be equivalent voltage-dependent semiconductor switch that opens during each half-wave of the lamp start time period and closes and thus to the content of harmonics of the starting voltage

welle beiträgt.wave contributes.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert. The invention will now be based on further features and advantages the following description and the drawing of exemplary embodiments of the invention.

Figuren 1, 2 und 3 sind elektrische Schaltbilder von alternativenFigures 1, 2 and 3 are electrical circuit diagrams of alternatives

Ausführungsbeispielen der Erfindung, wie sie in Reaktanzreihenschaltungen von Lampenvorschaltanordnungen verwendet werden.Embodiments of the invention as used in reactance series connections of lamp ballast assemblies be used.

Figuren 4 und 5Figures 4 and 5

zeigen alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung, wie sie in Transformatoren enthaltenden Vorschaltanordnungen verwendet werden.show alternative embodiments of the invention as incorporated in transformers Ballasts are used.

Figur 6Figure 6

zeigt Spannungskurven von einem Oszillographenschirm und zeigt Start- und Betriebsspannungen über den Leuchtstofflampen in der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1.shows voltage curves from an oscilloscope screen and shows starting and operating voltages Above the fluorescent lamps in the circuit arrangement according to FIG. 1.

Figur 7Figure 7

ist eine zeichnerische Darstellung der Grundfrequenz von 60 Hz und mehreren Harmonischen davon, wie sie in der Schaltungsanordnung gemäß Figur 5 erzeugt werden, zusammen mit einer Resonanzkurve, die mehrere der Harmonischen umfaßt.is a graphic representation of the fundamental frequency of 60 Hz and several harmonics of how they are generated in the circuit arrangement according to FIG. 5, together with a Resonance curve that includes several of the harmonics.

In Figur 1 sind zwei Leuchtstofflampen 11 und 12 gezeigt, die elektrisch in Reihe geschaltet und mit dem Ausgang einer Schaltungsanordung verbunden sind, deren Eingangsklemmen 13 und 14 mit einer niederfrequenten Netzquelle, beispielsweise 120, 240 oder 277 Volt, bei einer gegebenen Frequenz von beispielsweise 60 Hz verbunden werden können. Die Lampen 11 bzw. 12 weisen Kolben 11', 12¹ aus Glas oder einem anderen geeigneten Material auf, die Elektronen emittierende Kathoden 11a, 11b bzw. 12a, 12b nahe ihren Enden aufweisen. Diese Kathoden können gewendelte Wolfram-Glühdrähte sein, die mit einem Elektronen emittierenden MaterialIn Figure 1, two fluorescent lamps 11 and 12 are shown, which are electrically connected in series and connected to the output of a circuit arrangement, whose input terminals 13 and 14 with a low-frequency mains source, for example 120, 240 or 277 volts, at a given frequency of 60, for example Hz can be connected. The lamps 11 and 12 have bulbs 11 ', 12 ¹ made of glass or another suitable material, which have electron-emitting cathodes 11a, 11b or 12a, 12b near their ends. These cathodes can be coiled tungsten filaments made with an electron-emitting material

überzogen sind. Die Lampenkolben enthalten Quecksilber und ein inertes Füllgas, wie beispielsweise Argon, Kryton, Neon oder Mischungen davon. Die Kathoden 11b und 12a sind elektrisch parallel geschaltet_;so daß die Lampen 11 und 12 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Eine induktive Vorschaltdrossel 16 ist zwischen die Eingangsklemme 13 und ein Ende der Kathode 11a geschaltet, und die Eingangsklemme 14 ist mit einem Ende der Kathode 12b verbunden. Eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 17, einer Primärwicklung 18 eines Kathodenheiζtransformators 19 und einem Schalter 21 ist zwischen die Eingangsklemme 14 und einem Punkt 22 an dem Lampenende der Vorschaltdrossel 16 geschaltet. Alternativ kann die letztgenannte Schaltung mit einer Anzapfung 23 auf der Drossel 16 verbunden sein, wie es durch die gestrichelte Linie 24 angedeutet ist. Der Kathodenheiζtransformator 19 weist eine erste Sekundärwicklung 26, die der Kathode 11a parallelgeschaltet ist, eine zweite Kathodenheizwicklung 27, die den parallelen Kathoden 11b und 12a parallelgeschaltet ist, und eine dritte Sekundärwicklung 28 auf, die der Kathode 12b parallel geschaltet ist. Ein Startkondensator 29 ist der Lampe 11 in üblicherweise parallel geschaltet, durch den elektrische Energie hindurchfließt, um das Starten der elektrischen Entladung in der Lampe 12 zu unterstützen, woraufhin die Lampe 11 auf einfache Weise startet.are coated. The lamp bulbs contain mercury and an inert filling gas such as argon, Kryton, neon or mixtures thereof. The cathodes 11b and 12a are electrically connected in parallel _; so that the lamps 11 and 12 are electrically connected in series. An inductive choke 16 is connected between the input terminal 13 and one end of the cathode 11a, and the input terminal 14 is connected to one end of the cathode 12b. A series circuit comprising a capacitor 17, a primary winding 18 of a cathode heating transformer 19 and a switch 21 is connected between the input terminal 14 and a point 22 at the lamp end of the series choke 16. Alternatively, the last-mentioned circuit can be connected to a tap 23 on the throttle 16, as is indicated by the dashed line 24. The cathode heating transformer 19 has a first secondary winding 26 which is connected in parallel to the cathode 11a, a second cathode heating winding 27 which is connected in parallel to the parallel cathodes 11b and 12a, and a third secondary winding 28 which is connected in parallel to the cathode 12b. A starting capacitor 29 is connected in parallel to the lamp 11, through which electrical energy flows in order to support the start of the electrical discharge in the lamp 12, whereupon the lamp 11 starts in a simple manner.

Die Vorschaltdrossel 16 ist so ausgelegt, daß sie aufgrund einer teilweisen magnetischen Sättigung, wenn Strom durch sie hindurchfließt, nicht linear ist, wodurch Harmonische der Frequenz der Eingangsleistung an den Klemmen 13 und 14 erzeugt werden, beispielsweise erkennbare harmonische Frequenzen bis zu oder über die zehnte Harmonische der Eingangsfrequenz hinaus und mit variierenden Amplituden, wie es beispielsweise in Figur 7 gezeigt ist.The series reactor 16 is designed so that they due partial magnetic saturation when current flows through it is non-linear, creating harmonics of frequency the input power can be generated at terminals 13 and 14, for example recognizable harmonic frequencies up to to or beyond the tenth harmonic of the input frequency and with varying amplitudes, as for example in Figure 7 is shown.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Reaktanzwerte der Induktivitäten 16 und 18 und des Kondensators 17 so gewählt, daß sie über einem Frequenzbereich, der zwei oder mehrere der vorgenannten Harmonischen Frequenzen umfaßt, unscharf auf Resonanz abgestimmt sind. Sie können'unscharf abgestimmt sein,According to the present invention, the reactance values of the inductances 16 and 18 and of the capacitor 17 are selected so that that it is fuzzy on resonance over a frequency range which comprises two or more of the aforementioned harmonic frequencies are matched. You can be out of focus

- sr -- sr -

damit sie mehrere Harmonische, wie beispielsweise die zweiten bis neunten Harmonischen, umfassen. Dies ist in Figur 7 dargestellt, in der die vertikale Achse 51 die Amplitude und die horizontale Achse 52 die Frequenz darstellen. Bei Messungen mit der Schaltungsanordnung gemäß Figur 5 betrug die 60 Hz-Effektivspannung 53 am Eingang an den Klemmen 13, 14 120; von den gezeigten mehreren harmonischen Effektivspannungen, die über dem Schalter 21 und der Induktivität 18 gemessen sind, betrug die zweite Harmonische 54 0,1 Volt, die dritte Harmonische 55 betrug 41 Volt, die vierte Harmonische 56 betrug 0,5 Volt, die fünfte Harmonische 57 betrug 9,4 Volt, die sechste Harmonische 58 betrug 0,5 Volt, die siebente Harmonische 59 betrug 4,7 Volt, die achte Harmonische 60 betrug 1,0 Volt und die neunte Harmonische 61 betrug 10 Volt. Die gestrichelte Kurve 62 ist eine idealisierte Darstellung der Resonanzkurve des Kondensators 17a und der Induktivitäten 18, 42, die in diesem Ausführungsbeispiel ausreichend breit ist, um die zweiten bis neunten Harmonischen 54 bis 61 zu umfassen. Bekanntlich ist einer Kondensator-Induktivitäten-Reihenresonanzschaltung die Spannung, die über jeder der kapazitiven und induktiven Komponenten der Schaltung erzeugt wird, beträchtlich größer als die Gesamtspannung, die an die Resonanzschaltung angelegt wird. Diese Spannungen sind auch in bezug zueinander im wesentlichen ungleichphasig. Obwohl theoretisch der größte Spitzenwert der Startspannung für die Lampen 11, 12 über dem Kondensator 17 allein erhalten werden könnte, wurde gefunden, daß eine erhöhte Startspitzenspannung über verschiedenen Teilen der abgestimmten Resonanzschaltung erhalten werden kann. Beispielsweise betrug bei einer Vorschaltanordnung, die gemäß Figur 1 aufgebaut war und bei der die Startspannung für die Lampen 11, 12 zwischen den Punkten 14 und 22 der Schaltungsanordnung abgenommen wurde und bei der die Resonanzschaltung 17, 18 unwirksam war, der Spitzenwert der Startspannung etwa 350 Volt, wenn die Eingangsspannung an den Klemmen 13 und 14 eine Effektivspannung von 240 Volt bei 60 Hz hat. Wenn die Resonanzschaltung mit den Komponenten 16, 17 und 18 in dem harmonischen Frequenzspektrum wirksam ist, betrug dieso that they include multiple harmonics such as the second through ninth harmonics. This is shown in Figure 7, in which the vertical axis 51 represents the amplitude and the horizontal axis 52 represents the frequency. When measuring with In the circuit arrangement according to FIG. 5, the 60 Hz rms voltage 53 at the input at terminals 13, 14 was 120; of those shown several harmonic rms voltages, which are measured across the switch 21 and the inductance 18, was the the second harmonic 54 was 0.1 volts, the third harmonic 55 was 41 volts, the fourth harmonic 56 was 0.5 volts, the fifth Harmonic 57 was 9.4 volts, the sixth harmonic 58 was 0.5 volts, the seventh harmonic 59 was 4.7 volts, the eighth harmonic 60 was 1.0 volts and the ninth harmonic 61 was 10 volts. The dashed curve 62 is an idealized one Representation of the resonance curve of the capacitor 17a and the inductances 18, 42, which in this embodiment is sufficiently wide to encompass the second through ninth harmonics 54 through 61. A capacitor-inductor series resonance circuit is known the voltage generated across each of the capacitive and inductive components of the circuit becomes considerably larger than the total voltage applied to the resonance circuit. These tensions are also in essentially out of phase with respect to one another. Although theoretically the largest peak value of the starting voltage for the lamps 11, 12 could be obtained across capacitor 17 alone, it was found that an increased starting peak voltage across different parts of the tuned resonance circuit can be obtained. For example, with a ballast, which was constructed according to FIG. 1 and with the starting voltage for the lamps 11, 12 between points 14 and 22 the circuit arrangement was removed and in which the resonance circuit 17, 18 was ineffective, the peak value of the starting voltage about 350 volts if the input voltage at terminals 13 and 14 has an RMS voltage of 240 volts at 60 Hz. if the resonance circuit with components 16, 17 and 18 in the harmonic frequency spectrum is effective, was the

harmonisch induzierte Resonanzspitzenspannung etwa 420 Volt, wodurch das Starten der Lampen wesentlich verbessert ist. Die Spannungskurven in Figur 6 sind aus Fotografien von Oszilloskopschirmen gewonnen und zeigen die Startspannung 31 (ausgezogene Kurve) und eine Lampenbetriebsspannung 32 (gestrichelte Linie). Die Spitzenwerte 33 der Startspannung 31, die während jeder Halbwelle der Netzeingangsfrequenz von 60 Hz auftreten, haben in diesem Beispiel einen Wert von etwa 420 Volt für eine Speiseeingangsspannung von 240 Volt effektiv an den Eingangsklemmen 14. Dieser Spitzenwert 33 ist wesentlich höher als die Spitzenspannung ohne den Resonanzeffekt und wird aufgrund der Resonanzschaltungen 16, 17 und 18 erzeugt, die auf eine oder mehrere Harmonische der Netzeingangsfrequenz abgestimmt sind. Nachdem die Lampen 11, 12 starten und in Betrieb sind, hat die Betriebsspannung 32 einen Spitzenwert von 200 Volt bei ihren Spitzen 34 und eine Effektivspannung von 175 Volt. Beim Starten der Lampen ist der Spitzenspannungswert 33 der Startspannung 31 ein wichtiges Kriterium, wogegen im Betrieb der Lampen der Effektivwert der Betriebsspannung 32 das wlchtere Kriterium ist. Das Starten der Lampen 11, 12 wird durch den erhöhten Startspannungswert aufgrund der vergrößerten Amplitude der Spitzen 33 erleichtert, die durch die Resonanzstartschaltung erzeugt wird, aber auch dadurch, daß die Lampen leichter starten, weil der Gehalt an harmonischen Frequenzen der Startspannungskurve erhöht ist. Die Spitzenwerte 33 der Startspannung 31, die harmonische Frequenzkomponenten der Netzeingangsfrequenz enthalten und die der Netzfrequenz von beispielsweise 60 Hz überlagert sind, haben in der Tat eine derartige höhere Frequenz und erleichtern somit das Lampenstarten neben der Tatsache, daß sie einen erhöhten Spannungswert in bezug auf die Netzeingangsspannung der Schaltungsanordnung haben. Indem somit das Starten der Lampen 11, 12 verbessert wurde, wird es in einigen Fällen als ratsam befunden, die üblichen Startstreifen in den Lampen zu beseitigen und damit deren Kosten zu senken. Bekanntlich wird das Starten der Lampen nicht nur durch die daran angelegte Spitzenspannung sondern auch durch elektrostatische oder elektromagnetische Kopplung der Startspannung zwischen den .äußeren EndenHarmonic induced resonance peak voltage around 420 volts, which significantly improves the starting of the lamps. the Voltage curves in Figure 6 are from photographs of oscilloscope screens obtained and show the starting voltage 31 (solid curve) and a lamp operating voltage 32 (dashed line). The peak values 33 of the starting voltage 31 that occur during each Half-wave of the mains input frequency of 60 Hz occur in this example a value of about 420 volts for a supply input voltage of 240 volts effective at the input terminals 14. This peak value 33 is much higher than the peak voltage without the resonance effect and is due to the resonance circuits 16, 17 and 18 generated, which are tuned to one or more harmonics of the mains input frequency. After this the lamps 11, 12 start and are in operation, has the operating voltage 32 has a peak value of 200 volts at its peaks 34 and an effective voltage of 175 volts. When starting the lamps The peak voltage value 33 of the starting voltage 31 is an important criterion, whereas the rms value is an important criterion for the operation of the lamps the operating voltage 32 is the more important criterion. The lamps 11, 12 are started by the increased starting voltage value due to the increased amplitude of the peaks 33 generated by the resonance start circuit, but also in that the lamps start more easily because the content of harmonic frequencies in the starting voltage curve is increased. The peak values 33 of the starting voltage 31, which contain harmonic frequency components of the mains input frequency and the are superimposed on the mains frequency of for example 60 Hz, in fact have such a higher frequency and facilitate thus the lamp starting in addition to the fact that they have an increased voltage value in relation to the mains input voltage of the Have circuit arrangement. By thus improving the starting of the lamps 11, 12, it is found advisable in some cases to eliminate the usual start strips in the lamps and thus reduce their costs. As is well known, this will start of the lamps not only through the peak voltage applied to them, but also through electrostatic or electromagnetic Coupling of the starting voltage between the outer ends

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der Lampenkonstruktion (d. h. die Enden an den Kathoden 11a und 12b) und den Metall oder die auf andere Weise elektrisch leitfähige Lampenfassung bewirkt, in der die Lampen angebracht sind. Im Gegensatz zu den eingangs genannten Patentschriften 3 611 021 und 4 207 497, wonach ein Hochfrequenz-Rechteckwellen-Wechselrichter (der Rechteckwellen bei einer hohen Frequenz von beispielsweise 20 kHz erzeugt und von Natur aus hohe Werte bei dem harmonischen Amplitudengehalt aufweist) und eine abgestimmte Schaltungsanordnung verwendet wird, die bei einer einzigen harmonischen Frequenz in Resonanz ist zur Unterstützung des Startens der Leuchtstofflampen, basiert die vorliegende Erfindung auf der unerwarteten Erkenntnis, daß das Starten von Leuchtstofflampen in einer Sinuswellenschaltung bei niedriger Frequenz (beispielsweise 60 Hz) mit einer gleichzeitig erzeugten Kathodenspannung unterstützt werden kann, indem Harmonische der Sinuswelle durch einen nicht-lineare Vorschaltinduktivität (die Harmonischen haben eine wesentlich kleinere Amplitude als die Harmonische^ die in den Rechteckwellen gemäß dem Stand der Technik enthalten sind) erzeugt werden und eine abgestimmte Schaltungsanordnung geschaffen wird, die über einem relativ breiten Frequenzband in Resonanz schwingt, das mehrere der Harmonischen enthält und umschließt, wodurch eine ausreichend mit Harmonischen angereicherte Startspannung gebildet wird, die das Starten der Lampen unterstützen kann.the lamp construction (i.e. the ends on cathodes 11a and 11a 12b) and the metal or otherwise electrically conductive lamp socket in which the lamps are attached are. In contrast to the aforementioned patents 3,611,021 and 4,207,497, according to which a high-frequency square-wave inverter (which generates square waves at a high frequency of e.g. 20 kHz and naturally high values at has the harmonic amplitude content) and a matched circuit arrangement is used, which with a single harmonic Frequency is in resonance to aid in starting the fluorescent lamps, the present invention is based on the unexpected finding that starting fluorescent lamps in a sine wave circuit at low frequency (for example 60 Hz) with a simultaneously generated cathode voltage can be supported by harmonics of the sine wave due to a non-linear series inductance (the harmonics have a much smaller amplitude than the Harmonics ^ those in the square waves according to the prior art are included) and a coordinated circuit arrangement is created, which over a relatively wide Frequency band oscillates in resonance, which contains several of the harmonics and encloses, thereby a sufficient with harmonics Enriched starting voltage is formed, which can support the starting of the lamps.

Weiterhin öffnet gemäß der vorliegenden Erfindung der Schalter 21, der während des Startens der Lampen geschlossen ist, den Stromkreis zur Primärwicklung 18, nachdem die Lampen 11, 12 gestartet sind und während sie in Betrieb sind, wodurch die Kathodenheizleistungsquelle abgeschaltet und diese elektrische Energie gespart wird, während die Lampen in Betrieb sind. Der Kathodenheizstrom ist nicht erforderlich, während die Lampen in Betrieb sind, da während des Betriebs Elektronen aus einer kleinen Fläche auf jeder Kathoden emittiert werden, die als "Hitzepunkte" bezeichnet werden und die während des Betriebes genügend heiß bleiben, um das erforderliche Vermögen der Kathoden, Elektronen zu emittieren, aufrechterhalten, um die elektrische GasentladungFurthermore, according to the present invention, the switch 21 opens, which is closed during the starting of the lamps, the circuit to the primary winding 18 after the lamps 11, 12 started and while they are in operation, turning off the cathode heating power source and saving this electrical energy while the lamps are on. The cathode heating current is not required while the lamps are operating because electrons are emitted from a small area on each cathode during operation, called "hot spots" and which remain hot enough during operation to provide the cathodes with the required electrons to emit, maintained to the electrical gas discharge

in den Lampen zu unterhalten. Der Schalter 21 kann irgendeinen geeigneten Aufbau besitzen, beispielsweise kann er durch eine Spannung, einen Strom oder thermisch betätigt werden aus der Wärme der Lampen 11 oder 12. Der bevorzugte Schalter 21, wie er hier gezeigt ist, ist eine durch eine Spannung betätigte in zwei Richtungen leitende Diode, wie beispielsweise ein SIDAC. Eine derartige Vorrichtung ist in der US-PS 3 866 088 beschrieben. Diese Schalterart ist leitend, wenn eine daran anliegende Spannung oberhalb eines gewissen Wertes ist, und sie ist geöffnet oder nicht-leitend, wenn/daran anliegende Spannung unterhalb eines gegebenen Wertes ist. Beispielsweise wird der Schalter 21 leitend, wenn die Spannung darüber relativ hoch ist, wenn beispielsweise die Eingangsspannung von den Anschlüssen 13, 14 während des Startens der Lampen 11, 12 daran angelegt wird, und der Schalter wird geöffnet und nicht-leitend, wenn die daran angelegte Spannung relativ unterhalb dieses Wertes liegt, weil die Lampen 11, 12 arbeiten und Strom leiten, der einen Spannungsabfall über den Lampen 11 und 12 bewirkt, der somit die an dem Schalter 21 anliegende Spannung verkleinert. Wenn dieser spannungsbetätigte Schalter während des Lampenstartens leitend ist, schaltet er tatsächlich während jeder Halbwelle der 60 Hz-Spannung ein und aus, wodurch in vorteilhafter Weise ein zusätzlicher Gehalt an harmonsichen Frequenzen für die Resonanzschaltung entsteht. Ein derartiger Schalter verlängert auch die Lebensdauer der Lampe, indem die Beschädigung durch Spritzen an der Kathode während des Startens im Vergleich zu einem Lampenstart mit Glühen vermindert wird.to entertain in the lamps. The switch 21 can be any have suitable construction, for example it can be actuated by a voltage, a current or thermally from the Heat the lamps 11 or 12. The preferred switch 21, like it is shown here is a voltage operated bi-directional diode such as a SIDAC. Such a device is described in US Pat. No. 3,866,088. This type of switch is conductive if there is one connected to it Voltage is above a certain value, and it is open or non-conductive when voltage applied to it is below of a given value. For example, the switch 21 is conductive when the voltage across it is relatively high, if, for example, the input voltage from the terminals 13, 14 is applied thereto during the starting of the lamps 11, 12, and the switch is opened and non-conductive when the voltage applied to it is relatively below this value because the lamps 11, 12 work and conduct current, the one The voltage drop across the lamps 11 and 12 causes the thus the voltage applied to the switch 21 is reduced. When this voltage operated switch during lamp starting is conductive, it actually switches on and off during each half cycle of the 60 Hz voltage, thereby advantageously an additional content of harmonic frequencies for the resonance circuit is created. Such a switch is extended also the lamp life compared to the damage caused by splashing on the cathode during start-up a lamp start with glow is reduced.

Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 2, die häufig als eine "Voreilungs"-Schaltung bezeichnet wird, ist ähnlich derjenigen gemäß Figur 1, außer daß die Startspannung nur über der Primärwicklung 18 des Kathodenheiztransformators 19 erhalten wird, was dadurch erreicht wird, daß die Kathode 11a mit dem Knotenpunkt 36 des Kondensators 17 und der Primärwicklung 18 verbunden ist. Die Schaltungsanordnung hat verbesserte Startcharakteristiken ähnlich denjenigen, die für die Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 beschrieben wurden, und der Konden-The circuit arrangement of Figure 2, often referred to as a "lead" circuit, is similar to that according to Figure 1, except that the starting voltage only across the primary winding 18 of the cathode heating transformer 19 is obtained, which is achieved in that the cathode 11a with the node 36 of the capacitor 17 and the primary winding 18 is connected. The circuit arrangement has improved starting characteristics similar to those that have been described for the circuit arrangement according to Figure 1, and the condensate

sator 17 gemäß Figur 1 ist in Figur 2 mit 17a bezeichnet, da er neben seiner Funktion in der Resonanzstartschaltung auch als ein Leistungskondensator während des Betriebs der Lampen 11, in bekannter Weise arbeitet. Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 3 ist eine "Voreilungs"-Schaltung ähnlich derjenigen von Figur 2, außer daß die doppelten Funktionen des Kondensators 17a in Figur 2 in Figur 3 durch einzelne Kondensatoren 17b und 17c ausgeführt werden. Der Kondensator 17b ist der Leistungskondensator, der in üblicher Weise zwischen die Vorschaltanordnung 16 und die Kathode 11a geschaltet ist, und der Kondensator 17c ist mit dem Knotenpunkt 22' des Kondensators 17b und der Kathode 11a verbunden und arbeitet wie der Kondensator 17 in Figur 1. Der Kondensator 17c hat einen wesentlich kleineren Kapazitätswert als der Kondensator 17b, und deshalb wird ein wesentlich höherer Spitzenwert der Resonanzspannung über dem Kondensator 17c erzeugt als über dem Leistungskondensator 17b, um das Starten der Lampen zu unterstützen.Sator 17 according to Figure 1 is designated in Figure 2 with 17a, since he in addition to its function in the resonance start circuit also as a power capacitor during the operation of the lamps 11, works in a known way. The circuit arrangement according to FIG. 3 is a "lead" circuit similar to that of FIG Figure 2, except that the dual functions of capacitor 17a in Figure 2 in Figure 3 by individual capacitors 17b and 17c are executed. The capacitor 17b is the power capacitor, which is placed in the usual way between the ballast 16 and the cathode 11a is connected, and the capacitor 17c is connected to the node 22 'of the capacitor 17b and connected to the cathode 11a and works like the capacitor 17 in Figure 1. The capacitor 17c has a much smaller one Capacitance value than the capacitor 17b, and therefore a much higher peak value of the resonance voltage becomes above the Capacitor 17c generated as across power capacitor 17b to aid in starting the lamps.

In den in der Zeichnung gezeigten Schaltungsanordnungen können die Positionen des Resonanzkondensators 17 oder 17c und der Primärwicklung 18 ausgetauscht werden, und die Lampen 11, 12 können so angeschlossen werden, daß die durch die Harmonischen mit Spitzen versehene Startspannung über dem Kondensator 17 erhalten wird. Auch der Schalter 21 kann an irgendeiner Stelle in der Reihenschaltung 11, 18 angeordnet sein. Die Schaltungen gemäß den Figuren 4 und 5 sind im allgemeinen ebenfalls ähnlich und arbeiten wie die Schaltungen gemäß den Figuren 1 bzw. 2, außer daß in den Figuren 4 und 5 die Vorschaltinduktivität in der Form eines Autotransformators ausgebildet ist. Der Autotransformator weist eine Primärwicklung 41, die über die Eingangsklemmen 13 und 14 geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung 42 auf, die magnetisch mit der Primärwicklung 41 gekoppelt ist und von der das eine Ende mit einem Ende 43 der Primärwicklung 41 oder mit einer Anzapfung 44 auf der Primärwicklung 41 verbunden ist, wie es in der eingangs genannten US-PS 4 185 323 beschrieben ist. Der Autotransformator 40 hat ein derartigesIn the circuit arrangements shown in the drawing, the positions of the resonance capacitor 17 or 17c and the Primary winding 18 are replaced, and the lamps 11, 12 can be connected so that the starting voltage spiked by the harmonics is obtained across the capacitor 17 will. The switch 21 can also be arranged at any point in the series circuit 11, 18. The circuits according to Figures 4 and 5 are also generally similar and work like the circuits according to Figures 1 and 2, respectively, except that in Figures 4 and 5, the series inductance is designed in the form of an autotransformer. The autotransformer has a primary winding 41, which is connected across the input terminals 13 and 14, and a secondary winding 42 on, which is magnetically coupled to the primary winding 41 and one end of which with one end 43 of the primary winding 41 or is connected to a tap 44 on the primary winding 41, as described in US Pat. No. 4,185,323 mentioned at the beginning is described. The autotransformer 40 has one such

Windungsverhältnis der Sekundärwicklung 42 zur Primärwicklung 41, daß die Spannung in bezug auf die Eingangsklemmen 13, 14 vergrößert wird. Die Sekundärwicklung 42 wirkt auch als die einen Blindwiderstand aufweisende Vorschaltanordnung für den Betrieb der Lampen 11, 12 und trägt auch zu der induktiven Reaktanz in der resonanten Startschaltung bei, die die Wicklung 42, den Kondensator 17 und die Wicklung 18 umfaßt. Die für eine Voreilung sorgenden Schaltungen gemäß den Figuren 2 und 5 können auch einen erhöhten Gehalt an Hajrmonisehen höherer Frequenz der nichtlinearen Startspannungkurve aufweisen. Turn ratio of the secondary winding 42 to the primary winding 41, that the voltage with respect to the input terminals 13, 14 increases will. The secondary winding 42 also acts as the reactance ballast for operation of lamps 11, 12 and also contributes to the inductive reactance in the resonant start circuit at which the winding 42, the capacitor 17 and the winding 18 includes. The one for a lead Circuits providing care according to FIGS. 2 and 5 can also have an increased content of Hajrmonis at a higher frequency of the non-linear starting voltage curve.

Auf Wunsch können in den Schaltungsanordnungen gemäß den Figuren 1 und 4 die Resonanzkreiskomponenten 17 und 18 mit der Anzapfung an der Vorschaltimpedanz 16 oder 42, wie beispielsweise der durch die gestrichelte Linie 24 angeschlossenen Anzapfung 23, verbunden sein, anstatt mit dem Punkt 22 am Ende der Vorschaltanordnung, so daß der Impedanzwert der Vorschaltinduktivität in dem Resonanzkreis kleiner ist als der Wert, der für die Vorschaltwirkung der Lampen sorgt. Somit liefert diese Vorschaltinduktivität zwei verschiedene Werte für die zwei verschiedenen Funtionen. If desired, in the circuit arrangements according to FIGS. 1 and 4, the resonance circuit components 17 and 18 with the tap at the ballast impedance 16 or 42, such as the through the dashed line 24 connected tap 23, instead of the point 22 at the end of the ballast, so that the impedance value of the ballast inductance in the resonance circuit is smaller than the value for the ballast effect of the lamps. This series inductance therefore provides two different values for the two different functions.

Erfindungsgemäß wird also eine relativ einfache und billige Lampenstart- und Betriebsschaltung geschaffen, die das Starten der Lampen in der vorstehend beschriebenen Weise verbessert und die auch die üblichen Startstreifen in den Lampen erübrigen kann, wodurch die Kosten der Lampen gesenkt werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung senkt ferner die Betriebskosten der Lampe, indem der Kathodenheiztransformator aus dem Stromkreis heraus genommen wird, wenn die Lampen in Betrieb sind, wodurch etwa 10 % der elektrischen Eingangsenergie gespart werden, was also eine Einsparung von beispielsweise etwa 5 bis 6 Watt bei einem 60 Watt-System mit zwei 27 Watt-Lampen bedeutet.According to the invention, therefore, a relatively simple and inexpensive one Lamp starting and operating circuit created which improves the starting of the lamps in the manner described above and which can also eliminate the need for the usual start strips in the lamps, thereby reducing the cost of the lamps. The inventive Circuit arrangement also lowers the operating costs of the lamp by removing the cathode heating transformer from the circuit taken out when the lamps are in operation, saving about 10% of the electrical input energy which means a saving of, for example, about 5 to 6 watts in a 60 watt system with two 27 watt lamps.

Claims

Expectations

Circuit arrangement for starting and operating one or more fluorescent lamps from a sinusoidal alternating current at a given frequency supplying network source, characterized by a reactance forming ballast arrangement (16-18) which is connected to the mains source (13, 14) and the lamps (11, 12) and having a non-linear characteristic for generating multiple harmonics of the given frequency, a cathode heating transformer (19), which has a primary winding (18) and secondary windings (26-28) for connection to the cathodes of the lamps (11, 12), a capacitor (17), the is connected in series with the primary winding (18) and means for connecting one or both members of the series connection from the capacitor (17) and the primary winding (18) parallel to the lamps (11, 12), the combined reactance the capacitor (18) and the primary winding (19) together with the inductance of the ballast having a reactance over a frequency range is at least partially in resonance, which comprises several harmonics of the given network frequency.

2. Arrangement according to claim 1, characterized that the pooled reactance is in resonance over a frequency range that is at least the includes third to ninth harmonics of the given network frequency.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that with the series connection Capacitor (17) and primary winding (18) a switch (21) is connected in series / which is closed during the starting of the lamps to heat the cathodes and that after Starting the lamps and is open during their operation.

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the switch (21) has an in is a two-way conductive diode, such as a SIDAC or a triac-diac circuit.

5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the series circuit consists of a capacitor (17) and primary winding (18) with a tap (23) on the ballast which has a reactance (16) is connected.

6. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that that the ballast having a reactance is a transformer whose Primary winding (41) with the mains source and its secondary winding at one end with the primary winding (41) is connected, and comprises means for connecting one end of the primary winding (41) and the remaining end of the secondary winding (42) with the lamps (11, 12).

7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that that the connecting means comprise a power capacitor.

8. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that that the given frequency of the mains source is a mains frequency of about 50 to 60 Hz.

9. Circuitry for starting and operating one or more Fluorescent lamps from a sinusoidal alternating current at a given frequency supplying mains source, characterized by a ballast having a reactance connected to the mains source and the lamps are connected in series and have a non-linear characteristic for generating multiple harmonics of the given frequency, a capacitor and an inductor connected in series with it and means for connecting of one or both members of the series circuit of capacitor and inductance in parallel with the lamps, wherein the combined reactance of the capacitor and inductor is at least partially in resonance across one Frequency range that includes several harmonics of the given network frequency.